非金屬礦產(chǎn)資源、金屬礦產(chǎn)資源和燃料礦產(chǎn)資源并稱為世界上三大類(lèi)礦產(chǎn)資源，其中非金屬礦產(chǎn)資源由于特殊的理化性能而被廣泛應(yīng)用于航天、電子、能源、通信、建材等領(lǐng)域。
近年來(lái)，我國(guó)非金屬礦發(fā)展迅速，并且對(duì)非金屬礦質(zhì)量要求越來(lái)越高。對(duì)于大多數(shù)非金屬礦產(chǎn)品而言，含鐵元素雜質(zhì)是其中最主要也是最有害的成分，直接影響非金屬礦的產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)。在一些行業(yè)如石英玻璃、耐火材料和陶瓷原料等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)非金屬礦進(jìn)行除鐵提純已經(jīng)成為非金屬礦選礦中重要的工藝步驟。非金屬礦中的鐵分為兩種，即混入機(jī)械鐵和礦物本身所含有的強(qiáng)磁及弱磁性鐵礦物。強(qiáng)磁性雜質(zhì)比較容易去除，采用弱磁選設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，但是其中的弱磁性雜質(zhì)由于磁性弱、含量少、粒度細(xì)常規(guī)設(shè)備難以去除，需要一種高分選精度，高磁場(chǎng)強(qiáng)度和高磁場(chǎng)梯度的磁選設(shè)備來(lái)進(jìn)行選別。
北京礦冶研究總院針對(duì)非金屬礦除鐵提純存在的問(wèn)題，研發(fā)了GCG型干式電磁高梯度強(qiáng)磁選機(jī)，用于-2mm以下細(xì)粒非金屬礦物的干式分選，該設(shè)備磁場(chǎng)強(qiáng)度高，磁場(chǎng)梯度大，從而保證了分選空間強(qiáng)大的磁場(chǎng)力，整機(jī)結(jié)構(gòu)上采用雙通道雙分選的選礦方法，分選精度和處理量大幅提升。目前該設(shè)備在高純石英砂、藍(lán)晶石、鉀長(zhǎng)石等非金屬礦除鐵提純中得到了廣泛的應(yīng)用，大幅提高了非金屬礦的質(zhì)量等級(jí)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 GCG型強(qiáng)磁選機(jī)
1.1 工作原理
GCG型強(qiáng)磁選機(jī)分選原理如圖1所示，設(shè)備整體為雙通道四輥結(jié)構(gòu)，四個(gè)感應(yīng)輥沿線圈中心對(duì)稱布置，設(shè)備主要由給料裝置、磁軛，激磁線圈，感應(yīng)輥、接礦槽等部分組成，激磁方式為電磁線圈，線圈冷卻方式為自然風(fēng)冷。
圖1 GCG型強(qiáng)磁選機(jī)分選原理圖
工作時(shí)，激磁線圈通以直流電，磁路中產(chǎn)生磁通，由于感應(yīng)輥的聚磁作用，在分選空間內(nèi)產(chǎn)生高場(chǎng)強(qiáng)。位于設(shè)備下部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別帶動(dòng)兩個(gè)分選通道的感應(yīng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)給料斗同時(shí)給料進(jìn)入兩個(gè)分選通道，非金屬礦物首先經(jīng)過(guò)第一個(gè)感應(yīng)輥，經(jīng)過(guò)分選后產(chǎn)生磁性與非磁性兩種礦物，非磁性物料經(jīng)中部上接料槽排出，非磁性礦物進(jìn)入到下部感應(yīng)輥進(jìn)行二次分選，如此在一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行了一次粗選一次精選，保證了除鐵效率。
1.2 性能特點(diǎn)
（1）磁場(chǎng)力大，磁場(chǎng)分布合理
感應(yīng)輥是磁選機(jī)的關(guān)鍵部件，GCG型采用疊加平齒結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到20000GS以上，磁場(chǎng)梯度也高達(dá)到1×107GS/m以上，且磁場(chǎng)峰值密度更大，磁場(chǎng)分布如圖2所示。該磁場(chǎng)可以高效分離出非金屬礦物中比磁化系數(shù)為1.9×10-7~7.5×10-6的弱磁性雜質(zhì)。
圖2 感應(yīng)輥磁場(chǎng)分布圖
（2）磁能利用率高，分選精度高
磁路結(jié)構(gòu)直接影響磁場(chǎng)的分布，為了達(dá)到較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁路要盡可能的短，空氣隙要盡可能小，漏磁要盡可能小，基于以上考慮設(shè)計(jì)了如圖3所示“日”字形磁路。整個(gè)磁路采用鎧裝結(jié)構(gòu)，激磁線圈設(shè)在中心的磁軛上，感應(yīng)輥分布在磁路的四周，磁力線走向沿磁路對(duì)稱分布。
1-感應(yīng)輥 2-磁路 3-線圈
圖3 “日”字型磁路結(jié)構(gòu)
采用“日”字型磁路，在單一磁源條件下配置了四個(gè)感應(yīng)輥，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)設(shè)備對(duì)同時(shí)對(duì)兩路物料的一次粗選和一次精選，大幅提高了分選精度，設(shè)備處理量也成倍提高。
（3）單層均勻布礦
干式物料最常用的給料方式是電磁振動(dòng)給料機(jī)，其缺點(diǎn)是故障率高。GCG型電磁強(qiáng)磁選機(jī)的不再采用振動(dòng)給料器，而是設(shè)計(jì)了新的給料裝置，如圖4所示，該給料裝置分為儲(chǔ)料區(qū)和給料區(qū)，儲(chǔ)料區(qū)用來(lái)儲(chǔ)存物料，對(duì)物料的堆積起緩沖作用，底部給料去區(qū)與儲(chǔ)料區(qū)通過(guò)縫隙相通，且聯(lián)通縫隙底部給料板與水平面設(shè)計(jì)為大于60°斜角結(jié)構(gòu)，有利于兩個(gè)儲(chǔ)料區(qū)干式細(xì)粒物料的流通。干式礦粒流通到輔儲(chǔ)料區(qū)后以一定的角度堆積于輔儲(chǔ)料區(qū)，但是不能充滿，故該給料區(qū)物料松散。
圖4 給料裝置工作原理圖
本給料裝置完全依靠礦物自身重力來(lái)給料，通過(guò)控制放料板和擋條的間隙不僅能均勻給料而且還能控制給料量的大小，由于物料在放礦空間內(nèi)堆積較為松散，不易造成給料斗的堵塞。
1.3 主要技術(shù)參數(shù)
GCG型電磁感應(yīng)輥強(qiáng)磁選機(jī)目前應(yīng)用較多的有3中規(guī)格型號(hào)，分別為GCG1550-2、GCG1550-4和GCG15100-4，磁場(chǎng)強(qiáng)度均達(dá)到20000GS以上，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 GCG型強(qiáng)磁選機(jī)技術(shù)參數(shù)
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型號(hào)
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GCG1550-2
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GCG1550-4
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GCG15100-4
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感應(yīng)輥規(guī)格/mm
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Φ150×500
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Φ150×500
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Φ150×1000
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感應(yīng)輥數(shù)量/個(gè)
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2
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4
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4
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磁場(chǎng)強(qiáng)度/ GS
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＞20000
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＞20000
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＞20000
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分選粒度/ mm
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-2
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-2
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-2
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處理能力/(t·h-1)
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0.5~1
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1~2
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2~4
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激磁功率/kW
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1.5
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2.0
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3.6
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入礦含水率/%
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＜1
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＜1
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＜1
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2 GCG型強(qiáng)磁選機(jī)的應(yīng)用
2.1 在高純石英砂除鐵中的應(yīng)用
高純石英砂一般是指SiO2含量高于99.99%的石英分體，是石英玻璃、石英坩堝和集成電路塑封料的主要原材料，廣泛應(yīng)用于大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、太陽(yáng)能電池板、航天、軍事等行業(yè)中。
高純石英砂礦中除去石英外，還含有長(zhǎng)石、云母及含鐵礦物等雜質(zhì)，必須通過(guò)浮選或者磁選方法來(lái)去除這些雜質(zhì)來(lái)提高高純石英砂純度等級(jí)。近年來(lái)GCG型電磁感應(yīng)輥強(qiáng)磁選機(jī)在江蘇、黑龍江、江西等高純石英砂生產(chǎn)廠得到了廣泛的應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
江蘇某高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)2010年采用北京礦冶研究總院研制的GCG1550-4型電磁感應(yīng)輥強(qiáng)磁選機(jī)應(yīng)用于其選礦流程的除鐵作業(yè)，見(jiàn)圖5所示，實(shí)踐表明通過(guò)弱磁除鐵，浮選，酸洗后石英砂含鐵量為0.00118%，烘干后再經(jīng)GCG1550-4電磁感應(yīng)輥強(qiáng)磁選機(jī)分選后可獲得含鐵量為0.00021%高純石英砂，除鐵率在82%以上，大幅降低了高純石英砂的含鐵量，實(shí)現(xiàn)了高純石英砂礦的有效利用。
2.2 在藍(lán)晶石除鐵中的應(yīng)用
藍(lán)晶石是一種重要的非金屬原料，主要用途是生產(chǎn)高溫耐火材料，而藍(lán)晶石中的Fe2O3是有害成分，會(huì)導(dǎo)致藍(lán)晶石制品耐火度降低，力學(xué)性能變差，嚴(yán)重影響了藍(lán)晶石的使用性能。
河北某藍(lán)晶石廠生產(chǎn)藍(lán)晶石，主要礦物成分有藍(lán)晶石、黑云母片、石榴石和石英等，主要雜質(zhì)是磁鐵礦、赤鐵礦及少量鈦鐵礦和黃鐵礦。該廠在進(jìn)行設(shè)備改造前，采用磁選-浮選-磁選的生產(chǎn)工藝流程，原礦經(jīng)破碎磨礦至-74μm占60%左右，經(jīng)兩次濕式磁選、一次浮選后藍(lán)晶石含鐵量在1.86%左右，干燥后再經(jīng)過(guò)一次強(qiáng)磁干選后終獲得藍(lán)晶石含鐵量在1.64%左右，除鐵率為11.8%，其中強(qiáng)磁干選設(shè)備采用永磁筒式干選機(jī)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4000GS。
為了降低藍(lán)晶石礦含鐵量，提高礦山的綜合經(jīng)濟(jì)效益，2013年該廠采用GCG15100-4型電磁感應(yīng)輥強(qiáng)磁選機(jī)取代原流程末端的永磁筒式干選機(jī)，選礦流程見(jiàn)圖6。實(shí)踐表明，在給入磁選機(jī)藍(lán)晶石含鐵量1.86%條件下，經(jīng)過(guò)該設(shè)備后，藍(lán)晶石含鐵量降低到1.02%，除鐵率在45%以上，給該企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 在鉀長(zhǎng)石除鐵中的應(yīng)用
鉀長(zhǎng)石是一種富含鉀的硅酸鹽礦物，其分子式為KAlSi3O8，具有熔融溫度低，熔融間隔時(shí)間長(zhǎng)及熔融液粘度高的特點(diǎn)，是工業(yè)上生產(chǎn)玻璃和陶瓷的重要原材料。在鉀長(zhǎng)石應(yīng)用過(guò)程中鐵是有害雜質(zhì)，直接影響其使用性能，因此最大限度的去除鉀長(zhǎng)石中的鐵是高效利用鉀長(zhǎng)石資源的關(guān)鍵。
河南某鉀長(zhǎng)石廠2012年新建一條年處理3萬(wàn)噸鉀長(zhǎng)石生產(chǎn)線，原礦經(jīng)破碎-高壓輥磨-弱磁干選后得到含鐵量為0.58%的鉀長(zhǎng)石精礦。為了降低精礦含鐵量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，2013年該廠進(jìn)行工藝流程改造，采用GCG1550-4電磁強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)行鉀長(zhǎng)石精礦的干法強(qiáng)磁除鐵提純，生產(chǎn)流程見(jiàn)圖7。實(shí)踐表明經(jīng)過(guò)GCG1550-4磁選機(jī)后，鉀長(zhǎng)石含鐵量由0.58%降低到0.11%，除鐵率在81%以上，產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提升。
3 結(jié)語(yǔ)
（1）GCG型電磁強(qiáng)磁選機(jī)具有磁場(chǎng)強(qiáng)度高，磁場(chǎng)梯度大，磁場(chǎng)峰值密集等特點(diǎn)適應(yīng)用于細(xì)粒非金屬礦物除鐵，可以高效分離出非金屬礦物中比磁化系數(shù)為1.9×10-7~7.5×10-6的弱磁性雜質(zhì)。
（2）GGC型強(qiáng)磁選機(jī)具有兩個(gè)分選通道，設(shè)備處理能力大幅提升；每個(gè)分選通道上下布置兩個(gè)感應(yīng)輥，可以對(duì)礦物進(jìn)行一次粗選一次精選兩次分選，確保了分選指標(biāo)。
（3）GCG型強(qiáng)磁選機(jī)具有自重力布料裝置，實(shí)現(xiàn)了非金屬物料依靠自身重力達(dá)到單層顆粒均勻布料的目的，解決了振動(dòng)給料機(jī)穩(wěn)定性與持續(xù)性較差，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)粒礦物單層給料的難題。
（4）GCG型電磁強(qiáng)磁選機(jī)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到高純石英砂、藍(lán)晶石及鉀長(zhǎng)石等非金屬礦的除鐵提純作業(yè)，取得了良好的除鐵效果，實(shí)現(xiàn)了非金屬礦的高效利用。
（5）2013年GCG型電磁強(qiáng)磁選機(jī)通過(guò)技術(shù)鑒定，認(rèn)為該磁選機(jī)技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，對(duì)非金屬礦除鐵效果好，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并獲得同年中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
本文作者魏紅港，冉紅想（北京礦冶研究總院，北京，100160），文章收錄于第十五屆非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì)論文集中。
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